觀點投書: 「九章」量子電腦問世

2021-01-18 06:10

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Q/C 是甚麼?

作者對Q/C只是一個略識皮毛的門外漢,但由於它已成為高新科技的顯學,且世界上真正知道的專家也不多,作者以工程專業的藉口,謹推介如下: 請打開你的YouTube,查看「二次量子科技革命━量子電腦霸權已經降臨?」,由台大物理系張慶瑞教授所做的科普演講,時間長達1h : 46m,或可略知梗概,這些研發較偏向於IBM、Google、Intel、Microsoft 的Qubits量子框架,而中國科學技術大學團隊構建的九章則較著重在Photons量子格局。本文中的一些用語,如量子重疊、量子糾纏… 在張教授的經典演說中都有所解釋。

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任何科技的領域都不可能是一蹴而就的,早在2017年時,潘建偉、陸朝陽的團隊首次構建出世界第一台單光子Q/C,而到了2019年才實現了輸入20個光子, 探測14個光子的量子計算,那個時候國際上還在做3到4個光子的探測。在關於九章的實驗論文發表於國際學術期刊《科學》上之後,各國學者紛紛進行評價, 麻省理工學院教授Dirk Englund (史丹福大學應用物理博士,哈佛大學博士後,專長在半導體和光學系統的量子技術) 稱讚: 這是劃時代的成果,是一個不可思議的奇蹟!潘建偉表達了九章面臨的難度,需保證光子源只能一次放出一個光子,而且讓每一個光子都必須相同,同時精度要在10的負9次方以內,這等於在100公里遠的距離進行傳輸,所產生的誤差不能超過一根髮絲的直徑,可以想見實現76個光子的九章Q/C原型該有多艱困。

漫談量子論與電腦的關聯:

量子力學 (Quantum Mechanics, 或稱量子論,以下皆簡稱Q/M),對一般人類來說,仍然是一個大黑箱,目前Q/M很多的詮釋,都是對黑箱所呈現出來的規律做一些「說得通」的詮釋,所以說每一種Q/M的詮釋都有各自的缺陷。量子的概念最早由德國物理學家普朗克提出,1900年他在研究「黑體輻射」時,提出一個假說: 能量的傳輸不是連續的,而是「一份一份」的,他將這一份一份的能量稱為「能量子,Energy Quantum」,也被人們稱為量子。在經典物理學中,一直認為能量的傳輸是連續的,不存在最小單位,由於普朗克的假說太過叛逆,顛覆了整個物理學,所以在此後的10幾年,普朗克一直試圖尋找各種方法來解釋輻射能量的不連續現象,但最終無法完美論證。1905年愛因斯坦在普朗克研究的基礎上,認為光的傳播是一份一份的,並給出了極充分的數學演算,證明了所謂的光量子 (Quantum of light)。在此之前,光作為一種波,已廣為人們所接受,而在新的理論面前,光的波動說與粒子說論爭,以「光具有波、粒二象性」的結論落下帷幕,而後人們發現不僅是光和能量存在這種量子性,包括電子等其它微粒子也存在這種量子性。

Q/M到底有甚麼功用呢?其實人們每天都離不開的電腦或手機,其出現就要拜Q/M之賜,正是受益於Q/M基礎研究的領域獲得突破,史丹福大學的研究學者Eugene Wigner 和他的學生才能在1930年發現半導體的性質━可同時作為導體和絕緣體而存在,在晶體管上加電壓能夠實現「門」的開關功能,從而控制管中電流的導通或阻斷,利用這個原理,便能做成信息編碼,用來編寫一種1或0的語言來操作它們,可以說整個半導體產業,基本都是從Q/M基礎上才獲得構建的,展望未來,如果通用Q/C可以研發到廣泛的應用時,那麼整個社會和人類都會受到很大的影響。

*作者為工程專業經理人

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